一种两性离子聚合物钻井液处理剂及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种两性离子聚合物钻井液处理剂及其制备方法，属于水溶性高分子 材料合成制备技术领域。 技术背景
[0002] 随着石油钻井向深部和复杂地层发展的需要，对钻井液性能(流变性和稳定性）提 出越来越高的要求，传统的聚合物降滤失剂以丙烯酸多元共聚物为主，由于以丙烯酸多元 共聚物为代表的钻井液降滤失剂具有如下不足：①只有在具有较高的分子量的情况下才能 发挥作用，高分子量的聚合物处理剂随着在钻井液中加的增加，使钻井液的黏度大幅度增 加，影响了钻井液的流变性，这便出现了降滤失却使钻井液黏度增加，带来流变性和滤失量 控制的矛盾，特别是高密度钻井液，矛盾更为突出。②丙烯酸多元共聚物吸附基团(酰胺基） 在高温下易水解而失去作用，同时使吸附基和水化基比例失调；水化基遇钙、镁等高价离子 易沉淀，抗温抗盐能力较差。③阴离子性的丙烯酸多元共聚物防塌抑制能力不能满足钻井 液抑制和防塌的需要。针对上述不足，国内外围绕提高聚合物处理剂抗温抗盐和抑制能力 开展了大量的研究，先后研制了以2-丙烯酰胺及-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺（AM)、 丙烯酸（AA)多元共聚物为代表的含磺酸基共聚物降滤失剂和丙烯酸、丙烯酰胺与二甲基二 烯丙基氯化铵等多元共聚物为代表的两性离子共聚物降滤失剂，上述研究虽然在提高聚合 物降滤失剂的抗温抗盐和抑制能力方面有了提高，但产品分子量仍然较高，随着其加入量 的增加，钻井液黏度明显增加，由于黏度增加的限制，难以使其达到有效或最佳加量，限制 了其作用的发挥，特别是由于加量的限制，一至于被认为聚合物降滤失剂不能由于控制钻 井液的高温高压滤失量，可见针对现场需要，研制降滤失不增黏的聚合物降滤失剂具有重 要的现实意义。目前，两性离子聚合物在兼顾抗温抗盐性能、降滤失及抑制性方面一直不是 很理想，尤其在保证抗温抗盐的基础上还要求其具有较好的防塌抑制性，这就使两性离子 聚合物显示出了其特有的局限性。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是提供一种在高温高盐的情况下降滤失能力和防塌抑制 性能达到提高的两性离子聚合物钻井液处理剂及其制备方法。
[0004] 本发明的技术方案是这样完成的一种两性离子聚合物钻井液处理剂，含有式（I ) 所示结构单元；
式（1) 其中，式（1)中的札为
R2为Η或CH3, R3为CH3、CH2CH3或 CH2CH2CH3, R4 为 CH3、CH2CH3 或 CH2CH2CH3, X 为。或 NH，Μ 为 Η 或碱金属元素。
[0005] -种两性离子聚合物钻井液处理剂，所述式（I )由式（2)所示的单体Α、式（3)所 示的单体Β和式（4)所示的单体C组成，单体Α、单体Β、单体C在水溶性偶氮引发剂、过硫 酸盐和还原剂存在下，在pH值为6. 0~9. 0的条件下通过水溶液聚合后，经过烘干、粉碎后 制成；
式(4)
其中，式（4)中 R5 为 CH3、CH2CH3、CH2CH2CH 3 或
[0006] 进一步优选实施方案，单体A为2-丙烯既肢 -2-苯基乙磺酸、2-丙烯酰胺 基-2-(对甲基）苯基乙磺酸中的一种。
[0007] 进一步优选实施方案，单体B为3-丙烯酰胺丙基二甲基乙磺酸铵、3-丙烯酰胺丙 基二乙基乙磺酸铵、3-丙烯酰胺丙基二丙基乙磺酸铵中的一种。
[0008] 进一步优选实施方案，单体C为甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和苯甲酸乙 烯酯中的一种。
[0009] 进一步优选实施方案，所述的水溶性偶氮引发剂为单体总质量的0.075%~ 0. 25%，过硫酸盐与还原剂为各占单体总质量的0. 05%~0. 55%。
[0010] 进一步优选实施方案，所述单体A、单体B、单体C的物质的量比为（35~65): (40 ~30) :(5 ~25)。
[0011] 进一步优选实施方案，所述水用量以控制单体质量分数20%~40%计。
[0012] 进一步优选实施方案，所述偶氮引发剂是为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异 丁基脒盐酸、偶氮二氰基戊酸中的一种，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中 的一种，还原剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种。
[0013] -种两性离子聚合物钻井液处理剂制备方法包括以下步骤： (1) 将水、与单体A等摩尔的氢氧化钠或氢氧化钾加入配液釜，待其溶解后，于20°C以 下慢慢加入单体B、单体C，搅拌均匀后，用质量分数10%~20%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液 将体系的pH值调节到6. 0~9. 0,然后加入适量的乳化剂0P-10,搅拌均匀后，通氮5~10 分钟，在搅拌下加入引发剂和还原剂，搅拌1~3分钟，再继续通氮10~15分钟，停止搅拌， 控制聚合反应的起始温度为35~50°C，维持聚合反应时间为1~12h，最后得到胶状产物； (2) 将步骤（1)得到的胶状产物于80-100°C下烘干、粉碎即得聚合物钻井液处理剂。
[0014] 进一步优选实施方案，上述制备方法中所述的氮为高纯氮。
[0015] 本发明的有益效果是：由刚性强的磺酸单体A、两性离子单体B和水解稳定性强的 非离子单体C等共聚制备低分子量聚合物降滤失剂，由于刚性强的磺酸单体提供的刚性侧 基能够提高处理剂高温下的稳定性，具有阴离子和阳离子基团的两性离子单体提供的侧基 上同时具有吸附和水化作用的基团，保证在分子量低的情况下基团数量较多，水解稳定性 强非离子单体提供的基团保证聚合物高温下基团稳定，上述特征的基团共同作用保证处理 剂在分子量低的情况下保证分子链和基团的稳定性，以及基团的有效数量，使聚合物在分 子量较低的情况下具有良好的降滤失能力，从而实现在高温高盐高钙情况下不增加黏度而 降低滤失量和提高防塌抑制能力的目的。传统的两性离子通常采用阳离子单体和阴离子共 聚得到，本发明采用两性离子单体与其他单体共聚，改善了由于阳离子单体的引入造成的 聚合物护胶能力降低的现象。
【具体实施方式】
[0016] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0017] -种两性离子聚合物钻井液处理剂，含有式（I )所示结构单元；
式（1) 其中，式（1)中的札. ；，R2为Η或CH3, R3为CH3、CH2CH3或 CH2CH2CH3, R4 为 CH3、CH2CH3 或 CH2CH2CH3, X 为。或 NH，Μ 为 Η 或碱金属元素。
[0018] 实施例一：一种两性离子聚合物钻井液处理剂由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯按物质的量比为50 :35 :15组成，2-丙烯 酰胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯在占单体总质量 〇. 15%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，占单体总质量0. 20%过硫酸铵和占单体总质量的0. 20% 亚硫酸氢钠存在下，在pH值为8. 5的条件下通过水溶液聚合后，经过烘干、粉碎后制成。
[0019] 实施例二：一种两性离子聚合物钻井液处理剂由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯按物质的量比为65 :30 :5组成，2-丙烯酰 胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯的在占单体总质量 0. 075%偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，占0. 55%过硫酸铵和占单体总质量的0. 55%亚硫酸氢钠 存在下，在pH值为6. 0的条件下通过水溶液聚合后，经过烘干、粉碎后制成。
[0020] 实施例三：一种两性离子聚合物钻井液处理剂由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯按物质的量比为35 :40 :25组成，2-丙烯 酰胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、乙酸乙烯酯在占单体总质量 0. 25%的偶氮二异丁基脒盐酸盐，占单体总质量0. 05%过硫酸铵和占单体总质量的0. 05%亚 硫酸钠存在下，在pH值为9. 0的条件下通过水溶液聚合后，经过烘干、粉碎